Разработка технологий пресервов и консервов из рыб с использованием лактоферментированных овощных субстратов

Таблица 3.1

Общий химический состав мезопелагических рыб (n = 3, Р > 095)

Рыба	Содержание, массовые доли, %
	Вода	Белок	Липиды	Минеральные вещества
Килька черноморская	71,30	15,40	11,20	1,50
Хамса черноморская	65,30	14,65	17,80	2,50

Анализ полученных данных показывает, что кильку черноморскую можно отнести к белковым рыбам с белково-водным коэффициентом (0,214…0,261), а хамсу черноморскую к среднебелковым с белково-водным коэффициентом - (0,130…0,180). По содержанию жира исследуемое сырье распределяется следующим образом: килька и тюлька черноморские могут быть отнесены к жирным рыбам, а хамса - к особо жирным.

В соответствии с полученными данными и проведенным анализом химического состава, мелкие мезопелагические рыбы Черного моря могут быть использованы для производства консервов, замораживания, посола, производства пресервов.

Промышленная переработка нового объекта аквакультуры - пиленгаса в широком объёме до сих пор не производится. Это не в последнюю очередь связано с его технологическими характеристиками.

Исследования химического состава азово-черноморского пиленгаса частично были проведены в России [97], но, как известно, технохимические особенности гидробионтов зависят от множества факторов, и основной из них - это ареал обитания объекта и соответственно кормность водоёма. Как показали исследования, проведённые в ОНАХТ [61, 62, 70], свежевыловленный пиленгас осеннего лова лиманов Одесской области имеет белое и сочное мясо с содержанием белка 17 % и с незначительным содержанием межмышечных костей. По содержанию жира (до 13 %) пиленгас осеннего лова может быть отнесён к жирным рыбам.

Было установлено, что при переработке пиленгаса следует учитывать низкие исходные показатели качества липидов мышечной ткани (кислотное число до 6…7 мг КОН на 100 г), которые могут стать неприемлемыми в результате реакции теплового гидролиза при любом тепловом воздействии. Эта технологическая особенность пиленгаса предопределяет исключение ПТО при производстве консервов.

Анализ аминокислотного состава мышечной ткани показал (подпункт 5.2.2 стр. 122), что белки пиленгаса не уступают по своим показателям белковому компоненту других рыб, в том числе океанических и внутренних водоёмов. Таким образом, пиленгас может быть отнесён к промысловым рыбам и рассмотрен как перспективное сырьё для производства консервов.

Критерии выбора овощного сырья и культур молочнокислых бактерий. Как, было показано ранее, в разделе 2.2.2, используемое овощное сырьё белокочанная капуста, грунтовые огурцы и томаты обладают набором химических компонентов в достаточной мере и могут являться хорошей питательной средой для культивирования спонтанной молочнокислой микрофлоры, а также отдельных культур.

В таблице 3.2 представлен химический состав белокочанной капусты, грунтовых огурцов и томатов. Приведенные данные подтверждают обоснованность выбора данного овощного сырья в качестве субстратов для развития молочнокислой микрофлоры.

Таблица 3.2

Химический состав овощного сырья (n = 3, Р > 095)

Наименование показателя	Белокочанная капуста	Грунтовые огурцы	Грунтовые томаты
Вода, массовая доля, %	87,2	93,8	91,7
Белок, массовая доля, %	1,7	0,9	1,2
Зола, массовая доля, %	0,8	0,5	0,6
Глюкоза, массовая доля, г на 100 г	0,5	1,4	1,5
Фруктоза, массовая доля, г на 100 г	2,5	1,0	1,3
Сахароза, массовая доля, г на 100 г	1,4	0,2	0,8

Известно, что в большинстве в своём молочнокислые бактерии нуждаются в сложных органических соединениях азота. Большинству культур необходимы такие аминокислоты, как аргинин, цистеин, глутаминовая кислота, лейцин, фенилаланин, триптофан, тирозин, валин. В значительной мере рост молочнокислых бактерий стимулируется и небелковыми соединениями пуринами, пептидами, а также жирными кислотами, такими как олеиновая. Всеми этими соединениями богаты ГБ и возможно ожидать хорошего роста молочнокислых бактерий и накопления продуктов их метаболизма, в частности молочной кислоты.

Для исследований использовали закваски молочнокислых бактерий L.acidophilus и L.plantarum. Из штаммов L.acidophilus был выбран 317/402 из серии ер-2, а культуру L.plantarum получили восстановлением фармакологического препарата «лактобактерин». Отбор штаммов производился по таким критериям:

- достаточная энергия кислотообразования;

- солеустойчивость;

- устойчивость к воздействию пряно-ароматических веществ;

- антагонистическая активность относительно посторонней микрофлоры, в частности патогенной, условно-патогенной и гнилостной

- способность в наибольшей степени синтезировать молочную кислоту L-формы.

Эти культуры микроорганизмов безопасны и депонированы Национальной коллекцией промышленных микроорганизмов ИМВ НАН. Микроорганизмы определяли и культивировали в соответствии с ГОСТ [35, 41].

Спонтанные молочнокислые бактерии являются стартовыми культурами при производстве не только квашеных овощей, но и такого вида рыбной продукции как пресервов и солёной рыбы. Очевидно, что использование чистых рас этих культур позволит интенсифицировать процесс созревания.

В качестве субстратов для роста молочнокислых бактерий использовали измельченные некондиционные грунтовые томаты и огурцы, сок капусты, а также отвар капусты, показатели рН которых приведены в табл. 3.3. Активная кислотность мышечной ткани рыб колебалась от 7,05 до 7,35.

При использовании натурального сока капусты в качестве питательной среды его предварительно термически обрабатывали путем пастеризации в течение 5 мин при 95 ^°С. Этот прием использован с целью освобождения сока от группы соединений, которые определяют специфические свойства капусты. К таким специфическим веществам капусты относится группа соединений серы, объединяемая под названием глюкозинолаты. Глюкозинолаты - это группа природных азот- и серусодержащих органических соединений. В съедобной части капусты найдено 12 глюкозинолатов, из которых суммарное количество неиндольных глюкозинолатов составляет 5,24 мг/г продукта, а индольных 1,78 мг/г [98]. При действии фермента мирозиназы глюкозинолаты при нейтральном рН, которое характерно для исходного сырья и мышечной ткани ГБ, прошедших ферментолиз, разрушаются с отщеплением глюкозы, сульфата и выделяют зобогенные вещества: оксазолидинтион, различные изотиоцианаты и цианат. При некоторых условиях с понижением рН, которые создаются при ферментолизе молочнокислыми бактериями, образуются нитрилы, которые могут быть более токсичными, чем обычные продукты гидролиза. По физиологическому воздействию продукты гидролиза глюкозинолатов вызывают ряд заболеваний: разрушение печени, оказывают угнетающее действие на усвоение йода, йодицикацию щитовидной железы.

Таблица 3.3

Исходные показатели рН овощного сырья и субстратов (n = 3, Р > 095)

Сырье, вид подготовки	рН
	Исходное сырье	Субстрат с L.acidophlus	Субстрат с L.plantarum
Капустный сок	6,10	4,20	5,30
Отвар капусты ГМ (1:1)	6,45	4,20	4,80
Томаты измельченные	4,48	3,90	4,00
Огурцы измельченные	5,80	4,50	4,00

Кроме того, образцы рыбы, обработанные молочнокислыми субстратами на основе необработанного сока, имели специфический запах, неприемлемый для пищевых продуктов. Пастеризованный сок выявил достаточную эффективность при последующей обработке.

3.2. Изучение динамики процесса лактоферментирования рыбы.

В исследованиях использовали образцы мезопелагических рыб, разделанных и порционированных на куски размером до (3…4) см, пиленгас дополнительно филетировали и порционировали.

Схема экспериментов состояла в следующем: подготовленные таким образом ГБ погружали в овощные субстраты с культурами молочнокислых бактерий, прошедшие предварительный ферментолиз в термостате при температуре 37 ^°С в течение (5…7) суток, ГМ составлял 1:1. Титр используемых молочнокислых бактерий был следующим: L.аcidophilus 5х10³ и L.рlantarum 8х10³. Реакторы с ГБ помещали в холодильник на (5…7) суток при температуре (0…5) ^оС.

В процессе созревания образцов в динамике определяли следующие показатели: рН, массовую долю сахаров, содержание молочной кислоты в субстрате, АЛО (табл. 3.4), буферность, ВУС.

Таблица 3.4

Данные исследований овощных субстратов (n = 3, Р > 095)

Наименование показателя	Продолжительность обработки, сутки	Сок из огурцов	Измельчённые огурцы	Капустный сок	Капустный отвар
		L. acido-philus	L. plantarum	L. acido-philus	L. plantarum	L. acido-philus	L. plantarum	L. acido-philus	L. plantarum
рН	1	4,9	3,9	4,5	4,0	4,2	5,3	4,2	4,8
	2	5,0	3,2	4,7	3,4	4,5	5,1	4,4	5,0
	3	5,2	4,6	4,8	4,8	4,6	5,0	4,6	5,0
	4	5,3	4,6	4,9	4,9	4,8	4,8	4,8	5,1
	5	5,4	4,9	5,0	5,3	5,0	4,6	5,0	5,2
	6	5,5	5,3	5,1	5,7	5,2	4,5	5,2	5,3
	7	5,7	5,6	5,2	6,1	5,3	4,4	5,4	5,4
	8	5,8	6,0	5,4	6,5	5,6	4,3	5,6	5,5
	12	6,4	6,4	5,9	6,7	6,4	3,6	6,4	5,9
Массовая доля общих сахаров, г/100 г	1	2,51	2,13	2,32	2,15	2,33	2,04	2,60	2,13
	2	2,27	1,89	2,06	1,9	2,18	1,83	2,27	1,92
	3	2,04	1,68	1,78	1,66	1,91	1,65	1,95	1,64
	4	1,8	1,39	1,55	1,42	1,7	1,38	1,66	1,47
	5	1,58	1,15	1,30	1,15	1,44	1,18	1,3	1,24
	6	1,34	0,88	0,97	0,93	1,21	0,96	0,94	0,92
	7	1,12	0,62	0,71	0,68	0,98	0,74	0,70	0,74
	8	0,86	0,45	0,53	0,41	0,75	0,57	0,39	0,44
Массовая доля молочной кислоты, г/100 г	1	0,24	0,10	0,17	0,14	0,21	0,10	0,32	0,19
	2	0,56	0,36	0,46	0,38	0,48	0,35	0,54	0,37
	3	0,84	0,65	0,78	0,74	0,83	0,68	0,75	0,61
	4	1,16	0,93	1,07	0,96	1,14	0,87	1,24	0,74
	5	1,53	1,14	1,26	1,30	1,45	1,21	1,46	1,01
	6	1,87	1,41	1,65	1,57	1,73	1,48	1,87	1,42
	7	2,13	1,76	1,94	1,86	2,06	1,81	2,28	1,67
	8	2,49	2,05	2,26	2,10	2,31	2,01	2,52	2,15
Массовая доля АЛО, мг/100г	1	8,4	9,6	-	-	-	-	-	-
	3	13,5	13,1	-	-	-	-	-	-
	4	20,6	17,8	-	-	-	-	-	-
	7	23,8	20,0	-	-	-	-	-	-

Накопление молочной кислоты в различных субстратах отличалось в значительной степени. Так, если в капустном субстрате её массовая доля не превышала 2,52 г/100г, в огуречном колебалась от 2,05 до 2,49 г/100г, то в томатном - этот показатель был наивысший и колебался от 3,20 до 3,32 г/100г.

Штаммы используемых молочнокислых бактерий весьма чувствительны к составу питательной среды, и, в первую очередь, к содержанию сахаров. В томатном субстрате первоначальное содержание сахаров было наивысшее, по сравнению с другими, и их массовая доля составляла 3,51 г/100г. В связи с чем, количество образовавшейся молочной кислоты было наибольшим (рис.3.1). Адаптация штаммов лактобактерий зависит и от начального рН экстрактов (табл.3.3). Наименьшая лагфаза была в томатном субстрате, поскольку его рН самое низкое: 3,9 - L.acidophlus, 4,0 - L.plantarum.

Рис. 3.1. Динамика накопления молочной кислоты в томатном субстрате с молочнокислыми бактериями: 1 - субстрат с L.acidophlus; 2 - субстрат с L.plantarum.

После лагфазы наступает период интенсивного размножения молочнокислых бактерий, который длится до 120 часов. Дальнейшее определение содержания молочной кислоты не проводились ввиду нецелесообразности, так как, образцы гидробионтов после такой продолжительности ферментирования приобретали неприемлемые показатели качества - мажущую консистенцию и потерю целостности структуры мышечной ткани.

По органолептическим показателям наилучшими оказались образцы рыб, обработанные субстратом на основе томатов. Эти образцы обладали мягкой консистенцией, приятным вкусом, свойственным ферментированным томатам, были сочными, при этом сохранялась целостность кожного покрова и гуанинового слоя.

Поскольку качественные показатели ферментированных в огуречных субстратах образцов не в полной мере соответствуют существующим требованиям, считаем их использование менее предпочтительным. Это подтверждалось и исследованиями по определению АЛО. Именно в мясе образцов, ферментированных в огуречном субстрате, этот показатель был наивысшим, достигал массовой доли 24 мг/100 г, тогда как, в томатном субстрате не превышал 16 мг/100 г. Его допустимая граница составляет 20...25 мг/100 г [142].

3.3. Исследование влияния молочной кислоты биологического происхождения на ВУС мышечной ткани рыб

Поскольку задачей данных исследований является разработка технологии предварительной обработки гидробионтов с целью направленного регулирования влагосодержания, особое внимание уделяли в исследованиях изменению ВУС и исходной массы испытуемых образцов. Механизм воздействия на эти показатели обусловлен достижением белками мышечной ткани рыб изоэлектрической точки (ИЭТ). На рисунках 3.2, 3.3, и 3.4 представлена динамика ВУС мышечной ткани рыб при различных способах ферментирования.

Приведенные рисунки показывают, что ВУС в процессе обработки образцов рыбы в субстратах с двумя видами молочнокислых бактерий претерпевают существенные изменения. При обработке огуречными субстратами ВУС мышечной ткани шпрота черноморского с 64,47 % снижается до недопустимых пределов 8…12 % с изменением активной кислотности с 7,2 до 5,1. Единственный показатель в 28 % наблюдался у образцов огуречного сока с ацидофильной средой при рН = 5,4. Тоже можно сказать и об образцах, обработанных в капустных субстратах с обоими видами микрофлоры, хотя конечные показатели ВУС были выше и составляли от 10 до 25 %, при конечном рН = 5,0 и 5,3. В соответствии с литературными данными ВУС мышечной ткани рыб до 25 % [84] считается удовлетворительной.

Рис. 3.2. Динамика ВУС мышечной ткани шпрота черноморского при лактоферментировании капустным субстратом: 1 - сок с L.acidophilus; 2 - сок с L.plantarum; 3 - отвар с L.acidophilus; 4 - отвар с L.plantarum.

Рис. 3.3 Динамика ВУС мышечной ткани шпрота черноморского при лактоферментировании огуречным субстратом: 1 - огурцы с L.acidophilus; 2 - сок с L.acidophilus; 3 - огурцы с L.plantarum; 4 - сок с L.plantarum.



Рис. 3.4. Динамика ВУС мышечной ткани шпрота черноморского при лактоферментировании томатным субстратом: 1 - томаты с L.acidophilus; 2 - томаты с L.plantarum.

Изменение ВУС мышечной ткани шпрота черноморского, обработанного томатным субстратом, находилась в тех же пределах - от 20 до 30 %. При этом рН составляло 5,4, а по органолептическим показателям образцы ГБ были наилучшими. Структурные изменения белков мышечной ткани рыб вызваны достижением ИЭТ в результате снижения рН до 5,3 и ниже. Такой скачок рН вызван накопившейся в результате метаболизма молочнокислых бактерий молочной кислотой, привел к перераспределению форм влаги связанной с белками, что было подтверждено существенными изменениями значениями ВУС.

Было изучено изменение массы исследуемых образцов рыб в зависимости от времени ферментирования, а по окончании его проведено удаление освободившейся влаги (рис. 3.5 и табл. 3.5).

При удалении влаги был применен прием, эффективно используемый в созданной в ОНАПТ технологии кислотного обезвоживания рыб перед консервированием [68]. Ферментированные образцы рыбы вакуумировали в течение 25 мин при Р=75 кПа, а затем подпрессовывали при Р=(0,005…0,01) МПа между двумя гигроскопичными поверхностями. Как показали исследования, при обработке мышечной ткани субстратами на основе томатов, набухание мышечной ткани шпрота черноморского не происходило, а после лактоферментирования проведенное удаление свободной влаги позволило уменьшить массу на 27...30 %.

Рис. 3.5. Изменение массы шпрота черноморского в процессе лактоферментирования и последующего подпрессовывания: 1 - томаты с L.acidophlus; 2 - томаты с L.plantarum.

Таблица 3.5

Изменение ВУС и массы шпрота черноморского, обработанного лактоферментативными огуречными субстратами (n = 3, Р > 095).

Наименование образца	Наименование показателя	Продолжительность обработки, сутки
		день закладки	2	7
Измельченные огурцы с L. acidophilus	ВУС, %	64,47	25,69	5,56
	Масса рыбы, %	100,00	102,35	91,14
Огуречный сок с L. acidophilus	ВУС, %	64,47	16,45	28,76
	Масса рыбы, %	100,00	103,86	98,36
Измельченные огурцы с L. plantarum	ВУС, %	64,47	14,24	8,70
	Масса рыбы, %	100,00	101,13	92,79
Огуречный сок с L. plantarum	ВУС, %	64,47	19,08	9,31
	Масса рыбы, %	100,00	104,10	93,30

В огуречных же субстратах вследствие лактоферментирования происходило частичное набухание тканей, что подтверждается приростом массы от 100 до 113 %. Лишь в одном образце, обработанном огуречным соком с ацидофильной микрофлорой, показатель ВУС был приемлемым и составил 28 % (табл. 3.5).

То же можно отметить и об образцах, ферментированных в капустных экстрактах с двумя видами молочнокислых бактерий.

Ацидофильный субстрат позволяет удержать ВУС на уровне 22...24 %. При этом прирост массы образцов не наблюдается. Тем не менее, и в образцах мышечной ткани, обработанной как в огуречном субстрате, так и в капустных субстратах после вакуумирования и подпрессования удавалось также удалить свободную влагу в пределах всего лишь 15...18 % к исходной массе образца.

Анализ полученных данных по снижению влагоотдачи лактоферментированной мышечной ткани шпрота черноморского в различных субстратах позволил отдать предпочтение субстратам на основе томатов, так как для эффективного воздействия на изменение влагосодержания необходимо затратить минимальные механические воздействия.

Полученные параметры биотехнологического процесса, именно в томатных субстратах были апробированы и на мышечной ткани пиленгаса (рис. 3.6).



Рис. 3.6. Изменение массы пиленгаса в процессе лактоферментирования и последующего подпрессовывания: 1 - томаты с L.acidophlus; 2 - томаты с L.plantarum.

Полученные таким образом ферментированные ГБ могут быть использованы в дальнейшем для производства консеровов с ПО, которые будут обогащены БАВ лактоферментированных овощных субстратов.

3.3.1. Параметры оптимизации процесса ферментирования шпрота черноморского в субстрате с измельченными грунтовыми томатами с молочнокислыми бактериями L.acidophilus. В результате проведения предварительных исследований получили значения основного уровня факторов. Для рН среды это значение равно 4,1, для концентрации молочной кислоты - 1,04 г/100 г, для температуры - 3 °С, для продолжительности процесса - 2,5 суток. Выбранные значения интервалов варьирования, а также верхних и нижних уровней факторов представлены в таблице 3.6.

После выбора интервала варьирования составили план дробного факторного эксперимента ДФЭ 2^4-1, представленного в таблице 3.7 по изучению процесса ферментирования шпрота черноморского в субстрате с измельченными грунтовыми томатами с молочнокислыми бактериями L.acidophilus.

Таблица 3.6

Выбор интервалов варьирования

Факторы	Х 1, рН	Х 2, С мол. к-ты, г/100 г	Х 3, t°, °С	Х 4, ф, сутки
Основной уровень фактора	4,1	1,04	3	2,5
Интервал варьирования фактора	0,2	0,52	2	1,5
Верхний уровень фактора	4,3	1,56	5	4
Нижний уровень фактора	3,9	0,52	1	1

В столбцах 6, 7, 8 представлены значения выхода процесса ВУС (влагоудерживающая способность) - у_и. Каждый и-ый вариант опыта представлен 2 раза, т.е. число повторностей в строке n=2 (столбцы 6 и 7), средние значения выхода из этих двух повторностей находятся в столбце 8.

Таблица 3.7

Условия проведения и результаты дробного факторного эксперимента ДФЭ 2^4-1 при ферментировании шпрота черноморского в субстрате из сока огурцов с молочнокислыми бактериями L.acidophilus

№	рН	С мол. к-ты, г/100 г	t, °С	ф, сутки	ВУС1, %	ВУС2, %	ВУСср, %
1	2	3	4	5	6	7	8
1	4,3	1,56	5	4	23,9	26,4	25,15
2	3,9	0,52	5	4	24,7	25,6	25,15
3	4,3	0,52	1	1	24,1	22,5	22,3
4	3,9	0,52	5	1	23,3	25,1	24,2
5	3,9	1,56	1	1	22,4	22,9	22,65
6	3,9	1,56	5	4	26,2	24,9	25,55
7	4,3	1,56	1	4	23,5	27,4	25,45
8	4,3	0,52	1	1	23,9	22,5	23,2

После реализации экспериментов в соответствии с планом дробного факторного эксперимента производили расчёт коэффициентов регрессии.

 (3.1)

(3.2)

(3.3)

(3.4)

(3.5)

(3.6)

(3.7)

(3.8)

в ₂₃= в ₁₄= -0,162 (3.9)

в ₂₄= в ₁₃= -0,262 (3.10)

в ₃₄= в ₁₂= -0,412 (3.11)

в ₁₂₃= в ₄= -0,887 (3.12)

в ₁₂₄= в ₃= 2,5 (3.13)

в ₁₃₄= в ₂= -0,437 (3.14)

в ₂₃₄= в ₁= 0,0125 (3.15)

Рассчитанные коэффициенты являются истинными значениями коэффициентов регрессии. Действительные коэффициенты регрессии представляют собой совместную оценку:

b₁= в ₂₃₄+ в ₁=0,025 (3.16)

b₂= в ₁₃₄+ в ₂= -0,874 (3.17)

b₃= в ₁₂₄+ в ₃= 5,0 (3.18)

b₄= в ₁₂₃+ в ₄= -1,774 (3.19)

b₁₂= в ₃₄+ в ₁₂= -0,824 (3.20)

b₁₃= в ₁₃+ в ₂₄= -0,524 (3.21)

b₁₄= в ₁₄+ в ₂₃= -0,324 (3.22)

После расчёта коэффициентов регрессии уравнение регрессии будет иметь следующий вид:

y = 24,237+0,025х₁-0,874х₂+5х₃-1,774х₄-0,824х₁х₂-0,524х₁х₃-0,324 х₁х₄ (3.23)

Произвели оценку значимости коэффициентов уравнения регрессии, рассматриваемого процесса ферментирования шпрота черноморского в субстрате с измельченными грунтовыми томатами с молочнокислыми бактериями L.acidophilus. Для того чтобы оценить значимость коэффициентов регрессии нашли их выборочную дисперсию . Каждый опыт в плане ДФЭ ставился в двух повторностях (n=2). Общее число опытов N=8. Для облегчения расчётов промежуточные результаты представлены в виде таблицы 3.8.

Таблица 3.8

Расчётная таблица к примеру плана ДФЭ 2^4-1

№ опыта	y1и - и	y2и - и	(y1и - и)2	(y2и - и)2	(y1и- и)2	S
1	-1,25	1,25	1,5625	1,5625	3,125	1,5625
2	-0,45	0,45	0,2025	0,2025	0,405	0,2025
3	1,8	-1,8	3,24	3,24	6,48	3,24
4	-0,9	0,9	0,81	0,81	1,62	0,81
5	-0,25	0,25	0,0625	0,0625	0,125	0,0625
6	0,65	-0,65	0,4225	0,4225	0,845	0,4225
7	-1,95	1,95	3,8025	3,8025	7,605	3,025
8	0,7	-0,7	0,49	0,49	0,98	0,49

Из результатов таблицы 3.8 следует:

(3.24)

Тогда:

(3.25)

(3.26)

(3.27)

(3.28)

Число степеней свободы для данного уравнения регрессии f = (n-1) · 8 = 8, заданный уровень значимости 0,05, тогда значение критерия Стьюдента t = 2,31.

Значимость коэффициентов уравнения регрессии проверяется по соблюдению следующего неравенства:

>t_0,95:8 · =2,31 · 0,288 = 0,66 (3.29)

Из всех коэффициентов оказались незначимыми b₁ = 0,025, b₁₃ = -0,524 и b₁₄ = -0,324, остальные коэффициенты с уровнем значимости 0,05 отличаются от нуля.

После исключения незначимых коэффициентов уравнение регрессии ферментирования имеет следующий вид:

y = 24,237-0,874х₂+5х₃-1,774х₄-0,824х₁х₂ (3.30)

Проверка адекватности уравнения регрессии позволит убедиться, что полученное равенство с достаточной степенью достоверности описывает изучаемый процесс ферментирования, т. е. соразмерны ли степень воспроизводимости процесса со степенью адекватности уравнения процессу. Промежуточные расчеты степени адекватности представлены в виде табл. 3.9.

Таблица 3.9

Промежуточные расчёты для вычисления дисперсии адекватности

и
1	25,15	25,765	0,615	0,38
2	25,15	26,513	1,363	1,85
3	22,30	21,885	0,415	0,17
4	24,20	23,458	0,742	0,55
5	22,65	20,961	1,689	2,8
6	25,55	27,413	1,863	3,47
7	25,45	25,765	0,315	0,1
8	23,20	22,709	0,491	0,24

(3.31)

(3.32)

(3.33)

Расчетный критерий Фишера имеет величину:

(3.34)

При f₂ =(n - l)N = (2 - l) · 8 = 8 и f₁=N - N' = 8 - 4 = 4 и уровне значимости 0,05 табличное значение критерия Фишера F_T = 3,8. Неравенство F_P<F_T соблюдается, так как 3,67< 3,8. На этом основании сделали вывод об адекватности полученного уравнения регрессии исследуемому процессу. Следовательно, уравнение регрессии процесса ферментирования может служить основой для отыскания оптимальных условий ведения данного процесса. Адекватность полученного значения модели позволяет использовать уравнение как интерполяционную формулу для расчета значений выхода процесса при любых значениях факторов, находящихся между верхним и нижнем уровнями.

Подставив в уравнение декодированные переменные х₁, х₂, х₃, х₄, получили уравнение регрессии процесса ферментирования в физических величинах:

y = -12,353 + 8,24х₁+30,75 х₂+2,5х₃-1,17х₄-7,91х₁х₂ (3.35)

Для получения искомого значения выхода процесса необходимо лишь подставить значения факторов в натуральных величинах.

Поиск оптимума выхода процесса осуществляли методом крутого восхождения (см. табл. 3.10).

После проведения опытов 9-16 оказалось, что допустимый выход (23,93%) получен в девятом опыте, следовательно, можно предположить, что оптимальными являются значения факторов С₁=4,1, С₂=1,09 г/100 г, С₃= 3 °С и С₄ ,= 2,7 суток.

Для проверки данного предположения ставится новый факторный эксперимент, в котором полученные значения факторов принимаются в качестве основного уровня.

Таблица 3.10

План ДФЭ 2^4-1 , результаты и расчёт крутого восхождения

Уровень	Фактор	Функция отклика, %
	С1 (рН)	С2 (С мол. к-ты), г/100 г	С3, °С	С4, сутки
Основной уровень	4,1	1,04	3	2,5
Интервал варьирования	0,2	0,52	2	1,5
Верхний уровень	4,3	1,56	5	4
Нижний уровень	3,9	0,52	1	1
Опыт	Х 1	Х 2	Х 3	Х 4
1	+	+	+	+	25,15
2	-	-	+	+	25,15
3	+	-	-	-	22,30
4	-	-	+	-	24,20
5	-	+	-	-	22,65
6	-	+	+	+	25,55
7	+	+	-	+	25,45
8	+	-	-	-	23,20
bi	-	-0,46	-	-0,54
biлi	-	-1,34	-	-4,8
ki	-	0,045	-	0,17
Шаг при изменении С2 на 0,25		+0,045		+0,17
Округление		0,05		0,2
Опыт
9	4,1	1,09	3	2,7	23,93
10	4,1	1,14	3	2,9	23,62
11	4,1	1,19	3	3,1	23,31
12	4,1	1,24	3	3,3	22,98
13	4,1	1,29	3	3,5	22,70
14	4,1	1,34	3	3,7	22,32
15	4,1	1,39	3	3,9	22,05
16	4,1	1,44	3	4,1	21,67

На основании результатов опытов крутого восхождения и с помощью уравнения регрессии процесса ферментирования была построена поверхностная диаграмма изменения влагоудерживающей способности в зависимости от концентрации молочной кислоты и продолжительности процесса (рис.3.7), на которой наглядно показаны оптимальные условия проведения ферментирования.

Математическое планирование и обработка экспериментальных данных позволили построить профилограму (рис. 3.7), которая позволяет при заданном значении ВУС без проведения эксперимента определить необходимую продолжительность обработки и концентрацию молочной кислоты.

Рис. 3.7 Профилограма процесса лактоферментирования.

3.4 Определение закономерностей угнетения гнилостной микрофлоры сырья и вспомогательных материалов в процессе лактоферментирования

Развиваясь в природных и производственных субстратах, молочнокислые бактерии вступают в разнообразные взаимоотношения с другими микроорганизмами.

Мечников И.И. был первым, кто привлек внимание к использованию антагонистических свойств молочнокислых бактерий в борьбе с гнилостными микроорганизмами. В современных пищевых технологиях все шире начинают использовать молочнокислые бактерии, обладающие антагонистическими свойствами по отношению к условнопатогенным и патогенным микробам [25].

Исследованиями было показано, что лактоферментированные овощные субстраты, проявляя антагонистическую направленность против гнилостной микрофлоры, эффективно снижают рН среды, приостанавливают нежелательные процессы возможной порчи, даже без консервантов.

Для изучения возможности использования молочнокислых бактерий при производстве консервов определяли характер антимуталистических взаимоотношений конкретных штаммов молочнокислых бактерий L.plantarum и L.acidophilus и возбудителя специфической порчи рыбных консервов, относящихся к группе А, C.sporogenes, штамм 25.

Протеолитические клостридии типа C.sporogenes являются грамположительными подвижными или неподвижными палочками размером (0,3ч1,7)x(1,3ч14) мкм. C. sporogenes хорошо образует овальные, реже круглые, ценральные, субтерминальные, терминальные споры, спорангии имеют форму от слабо до четко выраженных веретена, ракетки, барабанной палочки. Диагностический признак - способность образовывать споры в анаэробных условиях. Споры обладают высокой термоустойчивостью, поэтому C.sporogenes штамм 25 является тест-культурой при разработке режимов стерилизации. Клетки C.sporogenes являются мезофилами, сбраживают глюкозу. У видов, близких к C.sporogenes, явно выражены гнилостные свойства. Основным источником контаминации служит овощное сырье, загрязненное почвой, рыба донная и растительноядная рыба. Наиболее часто клостридии являются возбудителями бомбажа овощных, мясных, рыбных и других консервов с нерегулируемой кислотностью.

Для исследований использовали споровую вытяжку C.sporogenes с титром 1,14·10⁷ в нейтральном фосфатном буфере (рН = 7). В опытные образцы вносили 5 разведение с с = 1,14·10² клеток в 1 см³.

Опыты по влиянию продуктов жизнедеятельности молочнокислых бактерий на пролиферацию C.sporogenes проводили с использованием экстрактов томатного сока после культивирования в них L.plantarum и L.acidophilus.

Полученные экстракты вносили в тиогликолевую среду или среду Китт-Тароцци в массовом соотношении 1:1. Среду Китт-Тароцци перед засевом регенерировали кипячением в течение 30 минут, тиоглеколевая среда была использована сразу после стерилизации. На каждой среде посевы были выполнены в двух повторностях.

Подготовленную питательную среду с томатным экстрактом разливали в пробирки «высоким столбиком» (примерно по 15 см³) и инокулировали взвесью спор C.sporogenes, которую до опытов хранили в физиологическом растворе хлорида натрия. Микробная нагрузка составила 130 - 150 спор для каждой пробирки.

Контролем служили те же питательные среды, в которые, для уравнивания концентрации основных питательных компонентов относительно опытных пробирок, вносили стерильный физраствор в массовом соотношении также 1:1.

Засеянные пробирки помещали в термостат при температуре (37 ± 1) єС и через 2, 4, 6 и 24 ч из них отбирали пробы для наблюдения за динамикой роста клостридий. По 1 см³ каждой пробы, в двух повторностях, вносили в расплавленный МПА (мясопептонный агар) при температуре 43 - 45 єС, перемешивали и переносили в трубки Вейона, которые затем помещали в термостат при температуре (37±1) єС. Через (48 ± 2) ч и (72 ± 2) ч производили подсчет колоний, характерных для C.sporogenes, которые отличались от колоний молочнокислых бактерий дисковидной формой. Выбор длительной инкубации объясняется предположением о том, что в присутствии молочнокислых бактерий пролиферация клостридий может тормозиться.

Результаты подсчета выросших колоний показали, что в контрольных пробирках накопление культуры C. sporogenes протекало беспрепятственно, и через сутки концентрация клеток в них достигла 28·10⁵ КОЕ/см³.

С целью стимулирования роста клостридий экстракты нейтрализовали до рН = (7,0 ± 0,2), чтобы снять влияние молочной кислоты биологического происхождения. В нейтрализованные экстракты добавляли питательную среду в массовом соотношении 1:1. Результаты исследований представлены в табл. 3.11 и на рис. 3.8 и 3.9.

Таблица 3.11

Накопление клеток C. sporogenes в контрольных и опытных образцах (n = 3, Р > 095)

Экспозиция, ф x 3600 с	Число КОЕ/см3
	опытные образцы	контрольные образцы
0	150	130 - 150
2	200	210 - 240
4	150	500 - 600
6	100	2·103 - 2,4·103
24	-	8·106 - 2,8·106
Далее	-	1,14·107



Рис. 3.8. Динамика изменения количества клеток C. sporogenes в контрольных образцах.

Рис. 3.9. Динамика изменения количества клеток C. sporogenes в опытных образцах.

Столь сильное подавление роста клостридий в опытных образцах объясняется двумя следующими факторами:

- антагонизмом молочнокислых бактерий, обусловленным действием молочной кислоты, которую они продуцируют, накоплением молочной кислоты до 3,32 г на 100 г и резким снижением рН до 3,88…3,95. При этих значениях рН вегетативные клетки C.sporogenes утрачивают репродуктивную функцию, а затем в результате ацитобиоза происходит плазмолиз цитоплазменной мембраны микробных клеток и их гибель;

- явлением специфического антагонизма молочнокислых бактерий, обусловленным образованием в результате их метаболизма антибиотиков.

Используемые штаммы L.acidophilus синтезируют ацидофилин и лактоцидин, а L.plantarum - лактолин. Они бактериостатически действуют на пропионовые бактерии, стафилококки, грамотрицательные и грамположительные бактерии.

Проведенные исследования позволили выбрать характер взаимодействия клостридий и молочнокислых бактерий и будут продолжены с целью установления констант процесса.

Выводы по разделу 3

1. Проведен анализ химического состава овощного сырья, который позволил предложить использование в качестве субстрата для развития молочнокислых бактерий измельченные некондиционные грунтовые томаты, огурцы и сок капусты.

2. Установлено, что натуральный сок капусты необходимо предварительно термически обрабатывать путем пастеризации в течение 5 мин при 95 °С с целью освобождения сока от группы соединений глюкозинолатов, которые содержат соединения серы.

3. Выбраны штаммы молочнокислых бактерий L.acidophilus 317/402 из серии ер-2, и L.plantarum, полученный путём восстановления фармакологического препарата «лактобактерин».

4. Изучено влияние овощных субстратов с молочнокислыми бактериями на качественные показатели мышечной ткани рыб: рН, массовая доля сахаров, содержание молочной кислоты в субстрате, ВУС, АЛО.

5. Определён характер антимуталистических взаимоотношений молочнокислых бактерий L.plantarum и L.acidophilus и возбудителя специфической порчи рыбных консервов C.sporogenes, штамм 25, при инокулировании среды взвесью спор C.sporogenes, наблюдалось сильное подавление роста клостридий благодаря молочной кислоте и антибиотикам, образовавшимся в результате метаболизма молочнокислых бактерий.

6. Установлено, что ВУС в процессе обработки образцов рыбы в различных субстратах с молочнокислыми бактериями двух видов претерпевает существенные изменения. В огуречных субстратах ВУС снижается до 8…28 %, в капустных - до 10…25 %, в томатных - до 20…30 %. По органолептическим показателям образцы рыб, обработанные томатным субстратом, были наилучшими.

Основные научные результаты раздела опубликованы в работе [59].

РАЗДЕЛ 4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ БЫСТРОСОЗРЕВАЮЩИХ РЫБНЫХ ПРЕСЕРВОВ

Производство рыбных пресервов является одним из перспективных направлений использования сырья для выпуска ценной пищевой, в том числе, деликатесной продукции.

Рыбная промышленность Украины выпускает пресервы специального и пряного посола из неразделанной и обезглавленной рыбы, также из разделанной - в различных соусах, в заливках и пастообразные.

Пресервы обладают высокой пищевой ценностью. Они, в отличие от консервов, содержат белок, жир, минеральные вещества, такие как калий, кальций, магний, железо, фосфор и др., а также витамины в количествах, присущих нативному сырью. Особо важным элементом химического состава сырья и соленой продукции из рыб океанического промысла является наличие эссенциальных веществ, таких как жирные ненасыщенные кислоты серии щ - 3 и - 6. Наличие их в необходимых количествах в пище предотвращает риск возникновения сердечно-сосудистых заболеваний.

В настоящее время при производстве пресервов большую часть сырья обрабатывают минуя стадию приготовления полуфабрикатов солёного и пряного посолов. Основная доля такой продукции приходится на пресервы из сельди, сайры и скумбрии.

В рецептуру пресервов, изготовленных из этих рыб, входит сахароза, позволяющая на первоначальной стадии созревания пресервов из несоленого полуфабриката активизировать спонтанную молочнокислую микрофлору. Если такой активизации не произойдёт и молочнокислые бактерии, являющиеся естественными антагонистами гнилостной микрофлоры, не будут развиваться в достаточном количестве с соответствующими накоплением молочной кислоты биологического происхождения и снижением рН в кислую сторону, может произойти непрогнозируемая порча пресервов уже на первоначальной стадии их созревания [103].

4.1 Использование микроволновой обработки в технологии производства пресервов

Известно, что, чем меньше обсемененность пресервов микроорганизмами, тем быстрее они созревают и более устойчивы при хранении [84]. Качество изготовленных пресервов зависит от состава микрофлоры сырья и компонентов рецептуры, таких как: соль, сахар, пряности. Содержащиеся в пряностях глюкозиды и эфирные масла придают аромат продуктам. При добавлении воды к пряностям каталитическое действие ферментов приводит к распаду глюкозидов с образованием эфирных масел.

Снижение микробиологической обсеменённости вспомогательных материалов. Для изготовления вкусо-ароматических веществ используют следующие части растений: семенные (горчица), плодовые (перец), листовые (лавровый лист, корица), корневые (имбирь). Технология производства, транспортировки, при которых пряности обычно загрязняются почвой и пылью, пониженные требования к соблюдению санитарных норм в азиатских странах-изготовителях, приводят к контаминации плесневыми грибами, дрожжами и различными бактериями такими как, различные почвенные и кишечные бактерии - Bac.cereus, C.perfringens, C.botulinum, C.sporogenes, БГКП, количество которых достигает десятков и сотен тысяч клеток в 1 г. Вследствие чего этот вид вспомогательных материалов отличается низкими микробиологическими показателями качества.

Допустимые показатели бактериальной обсемененности пряностей - 1 • 10³ КОЕ в 1 г [83].

Аналогичная картина наблюдается и с бактериальной обсемененностью соли, поступающей на производство после хранения. Реальные цифры обсемененности соли, ...